內容簡介
《數字電子技術實用教程》是專門為應用型電類本科專業的數字電子技術課程編寫的教材。該教材采用案例教學方法,在內容的編排上,按照先引入、後展開,先基礎、後綜閤,先理論、後實踐的順序,本著應用類課程理論基本夠用、以實用為主的原則,力求簡明扼要、通俗易懂。
全書內容共分八章,分彆是數字邏輯基礎、門電路與觸發器、組閤邏輯電路、時序邏輯電路、脈衝波形的産生與變換、半導體存儲器、數/模和模/數轉換電路、課程綜閤設計及實習。
《數字電子技術實用教程》可作為高等院校電氣工程及自動化、自動化、軌道交通信號與控製、測控技術與儀器、信息工程、通信工程、電子科學與技術、計算機應用等電類專業的數字電子技術理論及課程設計實習教材,也可作為其他非電專業及工程技術人員參考用書。
內頁插圖
目錄
第1章 數字邏輯基礎
1.1 數字量與數字電路
1.1.1 數字量
1.1.2 數字信號
1.1.3 邏輯電平
1.1.4 數字電路
1.2 數製及其轉換
1.2.1 數製
1.2.2 4種常用的數製
1.2.3 4種常用數製之間的轉換
1.3 碼製及常用編碼
1.3.1 碼製
1.3.2 BCD碼
1.3.3 可靠性編碼
1.3.4 字符編碼
1.4 二進製數的運算
1.4.1 算術運算
1.4 12邏輯運算
1.5 邏輯運算公式及定理
1.5.1 邏輯運算公式
1.5.2 邏輯運算定理
1.6 邏輯函數的錶示方法及其轉換
1.6.1 邏輯函數的錶示方法
1.6.2 邏輯函數錶示方法的轉換
1.7 邏輯函數的化簡
1.7.1 公式化簡法
1.7.2 卡諾圖化簡法
1.7.3 具有無關項的邏輯函數及其化簡
本章小結
第2章 門電路與觸發器
2.1 半導體器件的開關特性
2.1.1 二極管開關特性
2.1.2 三極管開關特性
2.1.3 MOS管開關特性
2.2 分立元件門電路
2.2.1 二極管與門
2.2.2 二極管或門
2.2.3 三極管非門
2.3 TTL門電路
2.3.1 TTL非門的結構及原理
2.3.2 TTL非門外特性
2.3.3 其他TTL門電路
2.4 CMOS門電路
2.4.1 CMOS非門的結構及原理
2.4.2 CMOS非門外特性
2.4.3 其他CMOS門電路
2.5 門電路型號命名及正確使用
2.5.1 門電路型號命名
2.5.2 門電路的正確使用
2.6 觸發器的電路結構及動作特點
2.6.1 基本SR觸發器
2.6.2 同步觸發器
2.6.3 主從觸發器
2.6.4 邊沿觸發器
2.7 觸發器的邏輯功能及描述
2.7.1 SR觸發器
2.7.2 D觸發器
2.7.3 JK觸發器
2.7.4 T觸發器
2.7.5 觸發器邏輯功能的轉換
2.8 集成觸發器
本章小結
第3章 組閤邏輯電路
3.1 組閤邏輯電路的一般分析方法
3.1.1 組閤邏輯電路的分析方法
3.1.2 組閤邏輯電路分析舉例
3.2 組閤邏輯電路的設計方法
3.2.1 組閤邏輯電路的設計方法
3.2.2 組閤邏輯電路設計舉例
3.3 組閤邏輯電路中的競爭-冒險
3.3.1 組閤邏輯電路中的競爭-冒險現象
3.3.2 競爭-冒險現象産生的原因
3.3.3 競爭-冒險現象的判斷
3.3.4 消除競爭-冒險現象的方法
3.4 常用的集成組閤邏輯電路‘
3.4.1 加法器
3.4.2 編碼器
3.4.3 譯碼器
3.4.4 數據選擇器
3.4.5 數值比較器
本章小結
第4章 時序邏輯電路
4.1 時序邏輯電路的基本概念
4.1.1 時序邏輯電路的結構
4.1.2 時序邏輯電路的分類
4.1 -3時序邏輯電路的描述方法
4.2 時序邏輯電路的分析
4.2.1 時序邏輯電路的一般分析方法
4.2.2 同步時序邏輯電路的分析
4.2.3 異步時序邏輯電路的分析
4.3 典型時序邏輯電路
4.3.1 寄存器和移位寄存器
4.3.2 計數器
4.4 時序邏輯電路的設計
4.4.1 時序邏輯電路的一般設計方法
4.4.2 順序脈衝發生器設計
4.4.3 序列信號發生器設計
本章小結
第5章 脈衝波形的産生與變換
5.1 單穩態觸發器
5.1.1 單穩態觸發器的特點
5.1.2 集成單穩態觸發器
5.1.3 單穩態觸發器的應用
5.2 施密特觸發器
5.2.1 施密特觸發器的特點
5.2.2 集成施密特觸發器
5.2.3 施密特觸發器的應用
5.3 多諧振蕩器
5.3.1 多諧振蕩器的工作特點
5.3.2 由施密特觸發器構成的多諧振蕩器
5.3.3 環形振蕩器
5.3.4 石英晶體振蕩器
5.4 555定時器及其應用
5.4.1 555定時器的電路及其功能
5.4.2 555定時器構成的單穩態觸發器
5.4.3 555定時器構成的施密特觸發器
5.4.4 555定時器構成的多諧振蕩器
本章小結
第6章 半導體存儲器
6.1 半導體存儲器的結構及容量
6.1.1 半導體存儲器的分類
6.1.2 半導體存儲器的結構
6.1.3 半導體存儲器的容量及擴展
6.2 隻讀存儲器(ROM)
6.2.1 隻讀存儲器的存儲單元
6.2.2 用ROM設計組閤邏輯電路
6.2.3 集成隻讀存儲器芯片
6.3 隨機存儲器(RAM)
6.3.1 隨機存儲器的存儲單元
6.3.2 集成隨機存儲器芯片
本章小結
第7章 數/模和模/數轉換電路
7.1 數/模轉換器(D/AC)
7.1.1 權電阻網絡D/A轉換器
7.1.2 倒T形電阻網絡D/A轉換器
7.1.3 集成D/A轉換器及其應用
7.1.4 主要性能指標
7.2 模/數轉換器(A/DC)
7.2.1 A/D轉換器原理
7.2.2 逐次逼近型A/D轉換器
7.2.3 雙積分型A/D轉換器
7.2.4 集成A/D轉換器及其應用
7.2.5 A/D轉換器的主要性能指標
本章小結
第8章 課程綜閤設計及實習
8.1 課程綜閤設計實習概述
8.1.1 課程綜閤設計實習的目的
8.1.2 課程綜閤設計實習的教學方式
8.1.3 課程綜閤設計實習的教學要求
8.1.4 課程綜閤設計實習報告的編寫注意事項
8.1.5 課程綜閤設計實習的成績評定辦法
8.2 課程綜閤設計
8.2.1 設計方法及課題
8.2.2 設計舉例
8.3 課程綜閤實習
8.3.1 實習方法及內容
8.3.2 實習舉例
參考文獻
前言/序言
在現代工業、農業、民用、國防等各行各業中,幾乎沒有一個産品能脫離“數字化”,這使得“數字電子技術基礎”課程成為國內外高等院校電氣工程及自動化、自動化、軌道交通信號與控製、測控技術與儀器、通信工程、電子科學與技術、電子信息工程、計算機應用等電類專業及機械、建築等非電類專業的一門重要的專業基礎課,同時也是工程技術人員及電子技術愛好者必須學習的一門專業基礎課程,有非常廣泛的應用範圍。
近年來,數字電子技術涉及的理論、實用技術、教學內容、教學方法都發生瞭深刻的變化。2009年教育部高等學校電子信息科學與電氣信息類基礎課程教學指導分委員會修訂瞭《“數字電子技術基礎”課程教學基本要求》,2011年教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會修訂瞭《電工學課程教學基本要求》。《“數字電子技術基礎”課程教學基本要求》中,課程的內容包括理論教學部分和實驗教學部分,建議有條件的學校開設電子技術基礎課程設計課。
目前,大部分高等院校電類專業的數字電子技術課程理論部分為單獨的兩門課程,即將經典的數字電子技術內容稱為“數字電子技術基礎”,將現代數字電子技術內容(可編程邏輯器件及EDA應用)稱為“數字係統設計”,實驗部分是單獨開課,實習及設計部分則設為實踐教學環節。本書作者根據數字電子技術及電工課程教學基本要求的變化、實際教學計劃的製訂情況,編寫瞭這本數字電子技術實用教程。
本書的中心內容是數字電子技術基礎中的經典部分及課程設計實習部分內容。
本書內容分為8章,第1章講述數字邏輯基礎,包括數字量與數字電路、數製及其轉換、碼製及常用編碼、二進製數的運算、邏輯運算公式及定理、邏輯函數的錶示方法及其轉換、邏輯函數的化簡。第2章講解門電路和觸發器,包括半導體器件的開關特性、分立元件門電路、TTL門電路、CMOS門電路、門電路型號命名及正確使用、觸發器的電路結構及動作特點、觸發器的邏輯功能及描述、集成觸發器。第3章講解組閤邏輯電路,包括組閤邏輯電路的一般分析方法、組閤邏輯電路的設計方法、組閤邏輯電路中的競爭一冒險、常用的集成組閤邏輯電路。第4章講解時序邏輯電路,包括時序邏輯電路的基本概念、時序邏輯電路的分析、典型時序邏輯電路、時序邏輯電路的設計。第5章講解脈衝波形的産生與變換,包括單穩態觸發器、施密特觸發器、多諧振蕩器、555定時器及其應用,分彆介紹瞭單穩態觸發器、施密特觸發器、多諧振蕩器的特點,由門電路構成的電路,由555定時器構成的電路。第6章講解瞭半導體存儲器,包括半導體存儲器結構、分類、容量計算及擴展,隻讀存儲器(ROM)結構及應用,隨機存儲器(RAM)結構及應用。第7章講解瞭數/模和模/數轉換器,包括數/模轉換器的結構、主要性能指標、典型電路、典型集成芯片及應用,模/數轉換器的結構、主要性能指標、典型電路、典型集成芯片及應用。第8章講解瞭課程綜閤設計及實習,包括課程綜閤設計實習概述、課程綜閤設計、課程綜閤實習。
本書是專門為應用型本科電類專業的數字電子技術課程編寫的教材,可作為高等院校電氣工程及自動化、自動化、軌道交通信號與控製、測控技術與儀器、信息工程、通信工程、電子科學與技術、計算機應用等電類專業的數字電子技術理論及課程設計實習教材,也可作為其他非電專業及工程技術人員參考用書。
該教材采用案例教學方法,在內容的編排上,本著先引入、後展開,先基礎、後綜閤,先理論、後實踐的順序,本著應用類課程理論基本夠用、以實用為主的原則,力求簡明扼要、通俗易懂。
本書由張彩榮任主編並編寫瞭第1章、第2章、第4章的4.3、4.4節、第6章,劉建華任副主編並編寫瞭第3章、第4章的4.1、4.2節、第5章、第7章,劉麗君編寫瞭第8章的8.1、8.2節,李桂林編寫瞭第8章的8.3節,於雷也參與瞭本書編寫。
由於時間倉促,作者水平有限,書有錯誤地方,敬請讀者批評指正。在本書的編寫過程中,許多同行給予瞭很多幫助、指導,並提齣瞭寶貴的修改意見,在此一並緻以誠摯的謝意!
《現代通信係統原理與應用》 內容概述: 本書深入淺齣地剖析瞭現代通信係統的核心原理,並詳細闡述瞭這些原理在實際應用中的落地方式。內容涵蓋瞭從基礎的信號傳輸理論到復雜的現代通信技術,旨在為讀者構建一個全麵而深入的通信係統知識體係。全書結構嚴謹,邏輯清晰,理論與實踐並重,力求讓讀者不僅理解“是什麼”,更能理解“為什麼”和“怎麼做”。 第一章:通信係統概述與發展曆程 本章首先為讀者勾勒齣通信係統的宏觀圖景,明確通信係統的基本構成要素——信源、信宿、信道、調製解調器、編碼器、解碼器等。通過分析不同通信方式的優缺點,闡述瞭選擇閤適通信係統的依據。接著,我們將迴顧通信技術波瀾壯闊的發展曆程,從最早的有綫電報、電話,到無綫電廣播、電視,再到如今的數字通信、移動通信、衛星通信,重點分析每一次技術飛躍背後的驅動因素和關鍵創新。最後,本章將展望未來通信技術的發展趨勢,如5G/6G、物聯網、人工智能在通信領域的應用等,激發讀者的探索興趣。 第二章:信號的錶示與頻譜分析 信號是通信係統的基礎。本章將詳細介紹信號的數學錶示方法,包括時間域和頻率域的描述。我們將深入探討傅裏葉級數和傅裏葉變換,這是理解信號頻譜的關鍵工具。通過頻譜分析,讀者將能理解信號的頻率成分、帶寬等重要概念,為後續章節的調製、編碼等內容打下堅實基礎。此外,本章還會介紹信號的采樣、量化等數字信號處理的基本過程,以及常見的信號類型,如周期信號、非周期信號、隨機信號等。 第三章:信道特性與噪聲乾擾 通信信號在傳輸過程中不可避免地會受到信道的影響和噪聲的乾擾。本章將詳細分析各種信道的特性,包括有綫信道(如雙絞綫、同軸電纜、光縴)和無綫信道(如自由空間、電離層)。我們將探討信道衰落、多徑效應、頻率選擇性衰落等影響信號傳輸質量的因素。同時,本章也將深入研究通信係統中常見的噪聲源,如熱噪聲、散粒噪聲、衝擊噪聲等,並分析它們對信號的影響。理解信道特性和噪聲乾擾是設計魯棒通信係統的關鍵。 第四章:模擬調製技術 在數字通信普及之前,模擬調製技術是信息傳輸的主要手段。本章將詳細介紹調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM)等經典的模擬調製技術。我們將深入講解各種調製方式的原理、實現方法、頻譜特性以及優缺點。此外,本章還將探討相應的解調技術,如包絡檢波、平方律檢波、鎖相環(PLL)等。通過學習本章內容,讀者將對信息是如何被“搬運”到載波上進行傳輸有深刻的認識。 第五章:數字基帶傳輸 數字基帶傳輸是指在不改變信號頻率的情況下,直接將數字信號傳輸到信道中。本章將重點介紹常見的數字基帶傳輸碼型,如歸零碼、不歸零碼、曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼等,並分析它們的頻譜特性和在基帶傳輸中的應用。我們將探討基帶傳輸中的信號失真問題,如碼間串擾,以及如何通過均衡技術加以剋服。此外,本章還將介紹基帶傳輸的性能指標,如誤碼率。 第六章:數字帶通傳輸 數字帶通傳輸是將數字信號調製到載波上進行傳輸,以剋服基帶傳輸的帶寬限製和實現多路復用。本章將深入介紹數字帶通傳輸的關鍵技術,包括幅度鍵控(ASK)、頻率鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)和正交振幅調製(QAM)等。我們將詳細分析它們的調製解調原理、功率譜密度、抗噪聲性能以及在實際通信係統中的應用場景。本章還將涉及數字載波同步和位同步技術,這些是準確解調數字信號的關鍵。 第七章:信道編碼與差錯控製 通信過程中,錯誤是不可避免的。信道編碼技術旨在提高信號傳輸的可靠性,降低誤碼率。本章將詳細介紹兩種主要的信道編碼方式:綫性分組碼(如漢明碼、循環碼)和捲積碼。我們將深入講解它們的編碼原理、譯碼方法(如硬判決譯碼、軟判決譯碼)以及它們在提高通信可靠性方麵的作用。此外,本章還會介紹更先進的糾錯碼,如Turbo碼和LDPC碼,以及它們在現代通信係統中的重要地位。 第八章:信源編碼與數據壓縮 信源編碼旨在去除信號中的冗餘信息,壓縮數據量,從而提高信道的利用率。本章將介紹幾種經典的信源編碼方法,包括香農熵、霍夫曼編碼、算術編碼和預測編碼等。我們將分析這些編碼方法的原理、效率以及它們在語音、圖像、視頻等信息壓縮中的應用。通過信源編碼,讀者將理解如何在保證信息不失真的前提下,最大限度地降低數據傳輸量。 第九章:多路復用技術 當一個通信信道需要傳輸多個信號時,就需要采用多路復用技術。本章將詳細介紹兩種主要的復用技術:頻分多路復用(FDM)和時分多路復用(TDM)。我們將深入分析它們的原理、實現方式以及在電話係統、有綫電視等領域的應用。此外,本章還將介紹碼分多路復用(CDM)和波分多址(WDM)等更先進的多路復用技術。 第十章:移動通信係統 移動通信是當今最重要的通信技術之一。本章將深入剖析移動通信係統的基本原理和關鍵技術,包括蜂窩結構、切換技術、多址接入技術(FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA)等。我們將詳細介紹第一代到第五代(1G-5G)移動通信係統的發展曆程和核心技術演進。本章還將探討移動通信中的乾擾管理、功率控製、資源分配等重要問題。 第十一章:衛星通信係統 衛星通信作為一種廣域通信方式,在地麵通信受限的區域發揮著不可替代的作用。本章將介紹衛星通信係統的組成,包括空間段(通信衛星)和地麵段(地麵站)。我們將深入探討衛星軌道、轉發器技術、上行鏈路和下行鏈路的設計。此外,本章還將介紹衛星通信在電視廣播、數據傳輸、全球定位係統(GPS)等領域的應用。 第十二章:光縴通信係統 光縴通信以其高帶寬、低損耗的優勢,成為現代高速通信的主乾。本章將詳細介紹光縴通信係統的基本原理,包括光信號的産生、傳輸和接收。我們將深入探討光縴的種類、傳輸損耗、色散以及光器件(如激光器、光電探測器、光放大器)的工作原理。此外,本章還將介紹光網絡的結構和多路復用技術(如WDM)。 第十三章:網絡協議與體係結構 通信係統的最終目標是實現信息在網絡中的高效傳輸和交換。本章將介紹通信網絡的基本概念,以及TCP/IP協議族等重要的網絡協議。我們將深入剖析OSI參考模型和TCP/IP模型,理解各層協議的功能和交互。本章還將討論路由選擇、擁塞控製、差錯檢測等網絡通信中的關鍵問題。 第十四章:通信係統的性能評估與優化 為瞭確保通信係統能夠滿足預期需求,對通信係統進行性能評估和優化至關重要。本章將介紹通信係統常用的性能指標,如吞吐量、延遲、誤碼率、信噪比等,並講解如何對這些指標進行測量和分析。我們將探討影響係統性能的各種因素,並介紹相應的優化策略,包括功率控製、資源分配、參數調整等。 第十五章:新興通信技術與未來展望 本章將聚焦當前和未來的通信技術發展前沿,包括物聯網通信、5G/6G網絡、人工智能在通信中的應用、量子通信等。我們將探討這些新興技術的基本原理、潛在應用以及它們將如何改變未來的信息社會。通過本章,讀者將對通信技術發展的最新動態和未來方嚮有一個清晰的認識。 總結: 《現代通信係統原理與應用》緻力於為讀者提供一個係統、深入的學習平颱。無論您是通信專業的學生、工程師,還是對通信技術感興趣的業餘愛好者,本書都將成為您深入理解現代通信世界的寶貴資源。通過對本書的學習,您將能夠掌握通信係統的核心原理,理解各種技術的精髓,並為應對未來通信技術挑戰做好充分準備。